【Unity3D】水面特效

1 前言

水波特效中通过屏幕后处理实现了环形水波效果，本文通过 Shader Graph 实现了模拟水面特效，包含以下特效细节。Shader Graph 基础知识详见→Shader Graph简介、Shader Graph节点、程序纹理简单应用。

深水区和浅水区颜色差异；
水面有波纹，并且在移动；
水面起伏波动；
水面边缘有水泡；
水中物体因折射而扭动。

本文完整资源详见→Unity3D水面特效。

2 水面特效实现

由于本文需要使用 Scene Color 节点的颜色缓冲区信息模拟水面折射现象，而 Scene Color 节点只能在 URP 或 HDRP 管线下才能正常工作（详见→Shader Graph节点），因此本文选择在 URP 管线下实现模拟水面特效。

2.1 场景搭建及环境配置

1）场景搭建

在 URP 项目中搭建场景如下。

说明：水面模型是一个长方形，并且网格不能太稀疏，否则对顶点的上下波动将不太自然。

2）配置 Universal Render Pipeline Asset

由于实验中使用了 Scene Depth 和 Scene Color 节点获取深度缓冲区和颜色缓冲区信息，需要在 Universal Render Pipeline Asset 中勾选 Depth Texture 和 Opaque Texture，如下。

3）主图配置

由于水面是透明的，需要在主图的 Graph Settings 中将 Surface Type 属性设置 Transparent，并且取消勾选 Cast Shadows（投射阴影）和 Receive Shadows（接受阴影）如下。

2.2 水面 Shader Graph

1）主图

Water.shadergraph

WaterDepth、FinalWaterColor、WaterNormal、WaterPosition 都是自定义节点，释义如下，Smoothness 用于调整水面光滑度。

WaterDepth 节点：水面到水底的深度计算；
FinalWaterColor 节点：水面最终的颜色（混合深浅水颜色、泡沫颜色、背景折射颜色）；
WaterNormal 节点：水面法线；
WaterPosition 节点：水面坐标。

2）WaterDepth 子图

WaterDepth.shadersubgraph

说明：WaterDepth 子图用于计算水面深度；Scene Depth 节点用于获取不透明物体的深度值（水底深度），Screen Position 节点输出的 w 分量是水面的深度，两者相减就是水面到水底的深度值。SubtractDepth、DepthStrength 释义如下。

SubtractDepth：深度减去的参数，其值越大浅水区越大；
DepthStrength：深度加强的参数，其值越大浅水区越小。

如果将 Water Depth 子图的输出直接连到主图片元着色器的 Base Color 上，显示效果如下。从图中可以看到，Water Depth 节点能够较好得识别物体的边缘。

3）FinalWaterColor 子图

FinalWaterColor.shadersubgraph

说明：FinalWarterColor 子图用于计算水面最终的颜色（混合深浅水颜色、泡沫颜色、背景折射颜色），WaterColor 节点用于计算水面颜色（混合深浅水颜色、泡沫颜色），WaterRefraction 节点用于计算背景折射颜色。

4）WaterColor 子图

WaterColor.shadersubgraph

说明：WaterColor 子图用于计算水面颜色（混合深浅水颜色、泡沫颜色），BubbleColor 节点用于计算泡沫颜色，ShallowColor、DeepColor、WaterDepth 的释义如下。

ShallowColor：浅水区的颜色；
DeepColor：深水区的颜色；
WaterDepth：水面到水底的深度，用于混合深水区和浅水区的颜色。

5）BubbleColor 子图

BubbleColor.shadersubgraph

说明：BubbleColor 子图用于计算泡沫颜色，BubbleSpeed、BubbleDensity、BubbleFilter1、BubbleFilter2、BubbleBrightness、WaterDepth 的释义如下。

BubbleSpeed：水泡移动的速度；
BubbleDensity：水泡的密度，其值越大水泡越小且越密集；
BubbleFilter1：水泡过滤参数，其值越大，水泡越稀疏；
BubbleFilter2：水泡过滤参数，其值越大，水泡越稀疏；
BubbleBrightness：水泡亮度；
WaterDepth：水面到水底的深度，用于过滤气泡，只有浅水区才有气泡。

6）WaterNormal 子图

WaterNormal.shadersubgraph

说明：WaterNormal 子图用于计算水面法线，NormalStrength、WaterDepth 的释义如下。

NormalStrength：法线最大强度；
WaterDepth：水面到水底的深度，用于调整法线强度，深水区波纹较深，浅水区波纹较浅。

7）WaterPosition 子图

WaterPosition.shadersubgraph

说明：WaterPosition 子图用于模拟水面起伏效果，通过调整顶点坐标的 y 分量实现，WaveHeight 用于调整水面起伏的最大高度。由于 WaterPosition 子图的输出连在顶点着色器上，而 WaterDepth 是在片元着色器中计算的，因此不能使用 WaterDepth 对 WaveHeight 进行混合（即深水区水面起伏大，浅水区水面起伏小）。

8）WaterRefraction 子图

WaterRefraction.shadersubgraph

说明：WaterRefraction 子图用于计算背景折射颜色，通过对颜色缓冲区的纹理进行随机偏移采样实现，折射的 Shader 实现详见→反射和折射。RefractionStrength 用于调整折射偏移强度，Screen Position 节点用于获取屏幕顶点的 uv 坐标，Scene Color 节点（类似于 Shader 中的 GrabPass）用于获取颜色缓冲区纹理（仅在 URP 或 HDRP 管线下才能正常工作），节点详见→Shader Graph节点。